CN101616788A - 防弹模制件以及获得该制件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造模制件的方法，所述方法包括如下步骤：通过层叠2片或更多片包含单向增强纤维和可选粘合剂的单层的片层而形成叠层；提供等压加压装置；将所述叠层置于所述等压加压装置中；在一定温度和等压下使所述叠层固结成模制件。本发明还涉及可采用上述方法得到的产物，这种产品非常适于用在防弹应用中，包括例如头盔、弯曲面板、圆锥和顶盖罩。

Description

防弹模制件以及获得该制件的方法
本发明涉及一种防弹模制件，所述防弹模制件包括压缩的单层叠层，其中每个单层包含单向取向的增强纤维。本发明还涉及一种用于制造所述模制件的方法。所述防弹模制件例如可用被用作防弹头盔、防弹背心中的插入物、军用车辆的装甲以及用在防弹板中。
由美国专利4,613,535已知防弹模制件及其制造方法。这篇专利公开了通过如下制造制件的方法：将含有增强纤维单层的片层层叠到刚性层(rigid layer)上，然后在压机中压缩模制。片层中，增强纤维被包埋入热塑性基质中，所述基质具有小于41MPa的模量。刚性层可以通过如下制成：用通用环氧树脂浸渍增强纤维的织物，然后在加压下固化。具体地，根据美国专利4,613,535，防弹模制件通过如下得到：将含有单向高性能聚乙烯(HPPE)纤维在基质中的单层的片层层叠到固化的刚性层上，然后在液压机的两个滚筒之间压缩整体组件。
美国专利4,613,535方法的缺点在于，通过该方法制造的模制件(具体为弯曲的模制件诸如头盔)的表面上具有差异相对较大的防弹性质。换句话说，防弹性随着(弯曲)模制件上的位置而发生相对较大程度的变化。这点是不令人希望的，因为射弹可能偶然击中模制件上性能远远低于平均性能的点。防弹水平通常用V50表示。V50是射向模制件的射弹的速度，在该速度下50％的射弹完全穿透所述模制件。尽管原则上可以使用任何射弹测试防弹性质，但是V50在此处以及此后被理解为意指，对于型号为AK-47 Mild Steel Core(MSC)的子弹冲击的V50，除非另有声明。这种子弹得自若干供应商诸如Sellier & Belliot，其具有7.62×39mm的尺寸以及Mild Steel Core(MSC)，并且在本领域中通常被简称为“AK47子弹”。众所周知，很难制造具有弯曲形状和具有最小防弹性差异的模制件诸如头盔。
本发明的目的在于提供一种防弹模制件及其制造方法，由此该制件的弹道性能与已知模制件相比随着模制件位置而发生的变化更小。
该目的采用如下用于制造防弹模制件的方法而实现，所述方法包括如下步骤：
a)通过层叠2片或更多片包含单向增强纤维以及优选地包含粘合剂的单层的片层而形成叠层；
b)提供等压加压装置；
c)将所述叠层置于所述等压加压装置中；
d)在升高的温度和等压下使所述叠层固结成模制件，然后从所述等压加压装置中取出所述模制件。
采用本发明的方法制成的模制件与采用美国专利4,613,535的方法制成的模制件相比，模制件上不同位置间的弹道性能差异更小。模制件例如可以表现为其表面上面密度间差异。根据本发明的方法具有如下额外优点：上述面密度的差异不会导致防弹性能具有令人不希望的巨大差异，而采用已知方法制成的制件具有这种差异。
而且，当设计防弹制件诸如头盔时，通常使用安全因子。上述安全因子乘以实验所得数值的标准差，然后将该结果从平均值中减去，从而得到设计数值。因为根据本发明的方法制成的模制件与现有方法制成的模制件相比，其防弹性之间的差异更小(因而标准差较小)，所以根据本发明的模制件赋予产品更高的Vo数值。Vo是击中目标但未穿透该目标的子弹的最高速度。这被看作更可靠且更佳的防弹性能。额外的优点在于，由于可靠性更高，所以可以例如通过使用较少材料来节省成本。尤其在弯曲表面的情况下，获得非常高的可靠性。
等压加压装置(isostatic pressurizing means)在本文中表示，能够使物体受到来自各侧面的相同压力的加压装置。在本发明方法的优选实施方式中，等压加压装置包括用加压液体装填的容器以及将所述液体加压至所需固结压力水平的装置。例如可以以本身已知的高压釜形式提供容器，根据本发明采用适当加压液体诸如油和/或水装填该高压釜，其中优选水，因为水易于获取而且无毒。向液体加压的适当装置例如包括泵，其可以向容器提供加压液体。本领域技术人员容易想到在本发明范围内的其它方案。实践中，用水不会限制固结叠层所用温度范围，因为固结在高压至超高压下实施，而在该压力水平下水的沸点远远高于100℃。
本发明方法的另一优点在于，制造模制件花费的成本是已知方法的一小部分，其中已知方法使用高压釜作为加压装置或者使用压力滚筒，诸如美国专利4,613,535中所述方法的实例。
在根据本发明的方法中，单向增强纤维中的术语“单层”指单向取向增强纤维和优选地粘合剂的层，该粘合剂使增强纤维基本上粘在一起。包含单向增强纤维并优选地包含粘合剂的单层的片层包括至少2个单层，其中每个单层包含单向排列的纤维，并且单层中的纤维方向与相邻单层中的纤维方向成一定角度。叠层中，顺序的多个单层中的纤维方向可以为0/90°的方式或为-45/+45°的方式。术语“单向取向增强纤维”指在一个平面中基本上平行取向的增强纤维。“增强纤维”在本文中指其长度尺寸远远大于宽度和厚度横向尺寸的细长体。术语“增强纤维”包括单丝、复丝、带、条带、丝线、短纤维纱线以及其它具有规则或不规则横截面的细长体。原则上可以使用任何天然纤维或合成纤维作为增强纤维。可以使用诸如金属纤维、半金属纤维、无机纤维、有机纤维或其混合物。对于在防弹模制件中使用的纤维，纤维必须是弹道学有效的，更具体地需要纤维具有高拉伸强度、高拉伸模量和/或高能量吸收率。在本申请的上下文中，这种纤维也被称为防弹纤维。在本发明单层中的增强纤维优选具有至少约1.2GPa的拉伸强度和至少40GPa的拉伸模量。这些增强纤维可以是无机增强纤维或有机增强纤维。
合适的无机纤维是例如，玻璃纤维、碳纤维和陶瓷纤维。具有上述高抗张强度的合适有机纤维是例如，芳族聚酰胺纤维(也被称为芳纶纤维，尤其是聚(对亚苯基对苯二甲酰胺))；液晶聚合物和梯状聚合物纤维，诸如聚苯并咪唑和聚苯并噁唑，尤其是聚(1，4-亚苯基-2，6-苯并二噁唑)(PBO)或聚(2，6-二咪唑并[4，5-b-4’，5’-e]吡啶-1，4-(2，5-二羟基)苯撑)(PIPD，也被称为M5)；和通过例如凝胶纺丝工艺得到的例如聚烯烃纤维、聚乙烯醇纤维和聚丙烯腈纤维(这些纤维是高度取向的)。这些增强纤维优选具有至少1.6GPa，更优选至少2GPa，甚至更优选至少2.5GPa，最优选至少3GPa的拉伸强度。这些纤维的优点在于，它们具有非常高的拉伸强度，因而它们特别适于用在轻质防弹制件中。
合适的聚烯烃具体是乙烯和丙烯的均聚物和共聚物，它们还可以包含少量的一种或更多种其它聚合物，具体为其它烯烃-1聚合物。
如果线性聚乙烯(PE)被选作聚烯烃，那么得到良好的结果。线性聚乙烯在本文中被理解为意指，每100个C原子具有小于1个侧链，优选每300个C原子具有小于1个侧链的聚乙烯，其中侧链或支链通常包含至少10个C原子。线性聚乙烯还包含至多5mol％的一种或更多种可与其共聚的其它烯烃，例如丙烯、丁烯、戊烯、4-甲基戊烯、辛烯。优选地，线性聚乙烯具有高摩尔质量，其中特性粘度(IV，在135℃下十氢化萘的溶液中测定)为至少4dl/g，更优选为至少8dl/g。这种聚乙烯也被称为超高摩尔质量聚乙烯。特性粘度是分子量的量度，它比例如Mn和Mw的实际摩尔质量参数更易确定。IV和Mw之间存在一些经验关系，但这些关系高度依赖于分子量分布。基于方程Mw＝5.37×104[IV]1.37(参见EP 0504954A1)，4或8dl/g的IV分别相当于约360或930kg/mol的Mw。
优选使用由聚乙烯细丝组成的高性能聚乙烯(HPPE)纤维作为防弹纤维或增强纤维，这些聚乙烯细丝通过例如在GB 2042414 A或WO01/73173中所描述的凝胶纺丝工艺来制备。这导致每单位重量具有非常良好的防弹性能。凝胶纺丝工艺基本上由以下步骤组成：制备具有高特性粘度的线性聚乙烯的溶液；将该溶液在高于溶解温度的温度下纺成细丝；将细丝冷却到凝胶温度以下，结果产生凝胶；并且在除去溶剂以前、期间或以后拉伸细丝。
术语“粘合剂”指一种将包含单向取向增强纤维单层的片层中的增强纤维粘合或保持在一起的物质，该粘合剂可以全部或部分包封增强纤维，从而在处理和制备预制板期间单层结构被保留。粘合剂可以以各种形式和方式使用，例如作为薄膜(通过其熔融至少部分覆盖防弹纤维)，作为横向粘合带和作为横向纤维(相对于单向纤维为横向)或通过将纤维用基质材料浸渍和/或包埋(所述基质材料例如为熔融聚合物或聚合材料在液体中的溶液或分散液)。优选地，基质材料被均匀地分布在单层的整个表面上，而粘合带或粘合纤维可以局部施用。例如EP 0191306 B1、EP1170925 A1、EP 0683374 B1和EP 1144740 A1中描述了适当的粘合剂。
在优选的实施方式中，粘合剂是聚合基质材料，其可以是热固性材料或热塑性材料或二者的混合物。基质材料的断裂伸长率优选大于纤维的伸长率。粘合剂优选具有2-600％的伸长率，更优选具有4-500％的伸长率。例如WO 91/12136 A1(15-21页)中列举了适当的热固性和热塑性基质材料。在基质材料是热固性聚合物的情况下，优选选择乙烯基酯、不饱和聚酯、环氧树脂或苯酚树脂作为基质材料。在基质材料是热塑性聚合物的情况下，可以选择聚氨酯、乙烯基聚合物、聚丙烯酸类树脂、聚烯烃或热塑性弹性嵌段共聚物(诸如聚异戊二烯-聚乙烯-丁烯-聚苯乙烯或聚苯乙烯-聚异戊二烯-聚苯乙烯嵌段共聚物)作为基质材料。优选地，粘合剂由热塑性聚合物组成，这些粘合剂优选完全涂敷到单层中所述增强纤维的每根细丝上，并且这些粘合剂具有至少250MPa、更优选至少400MPa的拉伸模量(在25℃下根据ASTM D638测定)。这种粘合剂导致包含单层的片层具有高柔性并且导致固结的叠层具有足够高的刚性。
优选地，粘合剂在单层中的含量为至多30质量％，更优选为至多25、20或甚至至多15质量％。这导致最佳的防弹性能。粘合剂的用量优选为至少0.2wt％，更优选为至少0.5wt％，甚至更优选为至少1wt％，最优选为至少3wt％。
在根据本发明的方法中，通过将2片或更多片包含单向防弹纤维和粘合剂的单层的片层层叠而形成叠层，其中在该叠层中，单层中的纤维方向与相邻层中的纤维方向优选成α角，其中α优选介于5和90°之间，更优选介于45和90°之间，最优选介于75和90°之间。根据本发明的防弹制件包含至少2片含有单向防弹纤维以及优选地粘合剂的单层的片层。优选地，根据本发明的防弹制件包含至少40个单向单层、更优选至少80个单向单层、甚至更优选至少120个单向单层、最优选至少160个单向单层。
在本发明方法的优选实施方式中，在其中固结叠层的步骤d)之前，将所得叠层置于加压液体基本上不透过的柔性封套中。通过将叠层包裹在上述柔性封套中而使由加压液体逐步形成的压力以各向同性方式传递到叠层的各个表面上，包括其顶表面、底表面和侧面。这个优选的实施方式使压力更均匀地分布在模制件上，而基本上与材料的面密度差异无关。额外的优点在于，通过本发明方法获得的制件还具有更均匀的半透明性。半透明性易于通过如下测定：用适当的光源从模制件的一侧对其进行照射。
本发明的另一具体实施方式涉及如下情形，其中“增强纤维”是带或条带，并且所述带或条带被形成成材料片(material sheet)。这种材料片适于用在本发明的方法中，并且这种材料片可以包括具有任何结构的纺织织物。适当的纺织织物的结构可以包括平纹、斜纹、席纹、缎纹、破斜纹(crowfoot)和其它。特别优选的是如下材料片，其中纺织织物具有平纹结构。上述结构提供稳定的材料片，其易于在本发明的方法中加工。而且，这个实施方式具有优异的防弹性能。材料片的另一优选实施方式包括具有斜纹结构的纺织织物，优选该结构的交织频率(interlacingfrequency)在3-30∶1的范围内，更优选在7-21∶1的范围内。X∶1的交织频率意指，一条经纱(带或条带)与x条纬纱(带或条带)交叉。
所述带或条带优选由聚烯烃制成，更优选由线性聚乙烯制成，最优选由高性能聚乙烯制成。
所述带或条带的宽度优选为至少5mm，更优选为至少10mm，甚至更优选为至少20mm，最优选为至少30mm。原则上对宽度没有限制，但是实践中宽度通常小于500mm，优选小于250mm。
所述带或条带的厚度优选为至少5μm，更优选为至少8μm，甚至更优选为至少16μm，最优选为至少20μm。带或条带的厚度优选为至多120μm，更优选为至多50μm，最优选为至多29μm。
模制件的面密度取决于所需保护水平，其可以在宽范围内变化。优选地，面密度介于2和40kg/m2之间。如果低于2kg/m2，那么防护水平对于大多数威胁而言不佳；然而如果高于40kg/m2，那么模制件的总重通常过高，尤其对于身体保护诸如头盔而言过高。对于防护手枪等等而言，介于5和10kg/m2的范围是优选的范围，并且这种制件可以在相对低的压力(例如低于7MPa、甚至低至2MPa)下制造。
根据本发明的另一优选方法，在其中固结叠层的步骤d)之前，将叠层置于模具中，并且通过加压装置对模具至少部分加压。所述模具包括至少一个成型制件形式的模具部分(与叠层的顶表面和/或底表面适形)和/或外围模具部分。经固定的模具部分不会向叠层的相应表面传递加压液体的压力。优选地，根据本发明的方法使用这样的模具，该模具被设计成叠层的侧面基本上不受压。更优选地，这可以通过如下模具来实现，该模具包括至少一个成型制件形式的模具部分和经固定的外周模具部分，结果该模具不会向叠层的侧面传递加压装置的压力。在这个优选的实施方式中，等静压力大部分仅被传递到模制的顶表面。
当使用阳模或阴模时，并且在叠层已被放置到模具中以后，将叠层用柔性封套覆盖并且围绕模具的外周边缘密封，使得基本上不会透水。随后，将叠层置于等压加压装置(诸如容器)中，然后通过向容器中提供加压液体从而在一定温度和一定压力下固结成模制件，即弯曲的模制件。在基质材料是热塑性聚合物的情况下，通过在熔融热塑性聚合物后使叠层冷却进行固结。在基质材料是热固性聚合物的情况下，通过加热并使热固性聚合物反应进行固结。随后冷却叠层。固结后，得到固结的叠层，这意指叠层中的单层彼此牢固地附着。这防止了在正常使用过程中分层。
根据本发明，固结期间的温度由加压液体的温度控制。这避免了对可加热模具需求，从而显著降低了成本。而且，如果在本方法的优选实施方式中使用模具，那么可以制造比较不坚固的模具，因为该模具受到的负载与例如使用压力滚筒时相比不重。尽管不是必需的，但是在本发明的方法中使用可加热模具具有优势。
在升高的温度下压缩意指，使模制件在高于塑料基质材料的软化点或熔点但低于纤维的软化点或熔点的压缩温度下经受给定的压力特定的压缩时间。所需压缩时间和压缩温度取决于纤维和可选粘合剂材料的种类以及模制件的厚度，其可由本领域普通技术人员容易地确定。熔融或反应期间的温度通常被选成低于防弹纤维由于例如熔融而损失其高机械性质的温度。优选地，该温度比纤维的熔融温度低至少15℃、更优选低至少10℃、甚至更优选低至少5℃。在增强纤维不具有清晰熔融温度的情况下，纤维开始损失其机械性质的温度应当被用来代替熔融温度。纤维开始损失其机械性质的温度在本申请中被称作软化温度。在例如HPPE纤维(通常具有155℃的熔融温度)的情况下，通常选择的压缩温度优选低于145℃，更优选低于135℃。最低温度通常被选定来获得合理的固结速度。从这方面来说，50℃是适当的温度下限，优选地，下限为至少75℃，更优选为至少95℃，最优选为至少115℃。
固结过程中的压力优选为至少10MPa，更优选为至少13MPa，甚至更优选为至少20MPa，最优选为至少25MPa。以这种方式获得较佳的防弹性能。本发明的方法易于允许产生这样的高压至非常高的压力水平。使用等压加压装置不仅获得了良好的防弹性能，而且具体防护水平在整个模制件内的差异很小。对于具有复杂(弯曲)形状的模制件而言，与已知方法的差异特别明显。
固结的最佳时间通常在5到120分钟的范围内，这取决于诸如温度、压力和部件厚度等等的条件，并且可以通过常规实验确定。
在压力下冷却意指，冷却期间(至少部分)维持压力至少直到一定温度水平，从而模制件的结构在环境压力下不再松弛，使得其防弹性能不能降低。本领域普通技术人员易于确定这个温度。优选地，在保持固结压力的同时进行冷却。这获得较高的防弹性能。在聚乙烯纤维的情况下，进行冷却直到模制件达到至多80℃、优选至多65℃、更优选至多50℃的温度。一旦模制件达到这个温度，就可以打开容器和/或模具并从容器和/或模具中取出模制件。随后从模制件上切下可能存在的碎片。而且，可以通过已知机械技术(诸如锯、磨、钻)将模制件加工成所需要的最终尺寸。
在另一实施方式中，本发明的防弹制件包括由如下材料构成的其它层
(此后被称为其它片层)，所述材料选自由陶瓷，金属(优选钢、铝、镁、钛、镍、铬和铁或其合金)，玻璃和石墨及其组合组成的组。其它材料片层可以插入叠层中并与叠层一起成形。还可以使用其它材料片层作为模具部件，前提是它具有足够的刚性。特别优选的用于其它片层的材料是金属。在这种情况下，金属片层中的金属优选具有至少350℃、更优选至少500℃、最优选至少600℃的熔点。适当的金属包括铝、镁、钛、铜、镍、铬、铍、铁和铜，包括它们的合金，诸如钢和不锈钢、铝与镁的合金(所谓的铝5000系列)、铝与锌和镁的合金或与锌、镁和铜的合金(所谓的铝7000系列)。在所述合金中，例如铝、镁、钛和铁的含量优选为至少50wt％。优选的金属片层包括铝、镁、钛、镍、铬、铍、铁，包括它们的合金。更优选地，金属片层基于铝、镁、钛、镍、铬、铁和它们的合金。这导致防弹制件质轻且具有良好的耐久性。甚至更优选地，金属片层中的铁或其合金具有至少500的Brinell硬度。最优选地，金属片层基于铝、镁、钛和它们的合金。这导致防弹制件质量最轻且耐久性最佳。在本申请中，耐久性意指复合物在暴露于热量、潮气、光照和UV辐射条件下的寿命。尽管其它材料片层可被放置在单层叠层中的任意位置上，但是优选防弹制件的特征在于，其它材料片层被放置在单层叠层的外侧，最优选至少放置在所述单层叠层的打击面上。
根据本发明的防弹制件优选包括厚度为至多75mm的上述材料的其它片层。优选地，其它材料片层的最大厚度为至多50mm，更优选为至多25mm，甚至更优选为至多10mm，最优选为至多5mm。这获得重量和防弹性的最佳平衡。还优选地，其它片层(优选金属片层)的厚度为至少0.25mm，更优选为至少0.5mm，最优选为至少0.75mm。这导致甚至更佳的防弹性能。
为了改善与多层材料片层的粘附性，可选对其它片层进行预处理。对其它片层的适当预处理包括机械处理(诸如通过砂纸打磨或研磨打毛或清洁表面)、化学刻蚀(例如采用硝酸)和与聚乙烯膜层压。
在防弹制件的另一实施方式中，可以在其它片层和多层材料片层之间应用结合层，例如粘合剂。这种粘合剂可以包括环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂或乙烯基酯树脂。结合层与模制件的总重相比优选具有较轻重量。优选地，结合层的重量相对于模制件的总重小于30％、更优选小于20％、甚至更优选小于10％、最优选小于5％。在另一优选实施方式中，结合层可以进一步包括无机纤维(例如玻璃纤维或碳纤维)的纺织层或无纺层。还可以通过机械方式诸如螺钉、螺栓和卡扣装接将其它片层连接到多层材料片层上。在根据本发明的防弹制件用在可能遭遇所谓的穿甲(armou piercing AP)子弹威胁的弹道应用的情况下，其它片层优选包括被陶瓷层覆盖的金属片层。以这种方式，获得具有如下层状结构的防弹制件：陶瓷层/金属片层/至少两个单向片层(其中单向片层中增强纤维的方向与相邻单向片层中增强纤维的方向成α角)。适当的陶瓷材料包括例如氧化铝、氧化钛、氧化硅、碳化硅和碳化硼。陶瓷层的厚度取决于弹道威胁的程度，通常在2mm和30mm之间变化。优选使这种防弹制件定位成使得陶瓷层面向弹道威胁。
在根据本发明的方法形成叠层的过程中，可选将至少一层防弹纤维的织物放置在两个或多个包含单向防弹纤维和可选粘合剂的单层的片层上。这个防弹纤维织物层优选以使得该织物最接近采用本发明的方法获得的模制件的打击面这样的方式在叠层上定位。模制件的打击面是产品面向弹道冲击的侧面。
优选地，在根据本发明的方法中，单向防弹纤维和织物层中的防弹纤维基于相同种类的聚合物。这导致模制件的叠层和织物之间分层的机会最小。最优选地，这种防弹纤维基于聚乙烯。
在本发明方法的一个优选实施方式中，最接近打击面各层中的至少一层中的防弹纤维包埋在热固性基质中。更优选地，织物层中的第二防弹纤维包埋在热固性基质中。以这种方式，获得更坚硬的成型制件。这种热固性基质选自上述热固性聚合物的组。
还可以以同样有利的方式来进行本发明的方法，但用织物叠层替代单层防弹纤维单层的叠层。然而最优选的是，根据本发明的方法采用单向防弹纤维的单层，因为这种方法使得产品具有更高的防弹性能。
而且，根据本发明的方法制成的头盔具有小于25kg/m2的重量(以面密度表示)并且具有大于650m/s对AK 47 MSC子弹的Vo。优选地，上述头盔基于聚乙烯纤维。上述头盔对AK47子弹具有最佳的防护性。更优选地，本发明制成的头盔具有小于20kg/m2、更优选小于18kg/m2、甚至更优选小于16kg/m2、最优选小于14kg/m2的重量并且具有大于650mg/s对AK47 MSC子弹的Vo，更优选具有大于660m/s的Vo。
根据本发明的方法制成的模制件与采用美国专利4,613,535的方法制成的模制件相比，弯曲模制件上各位置间的弹道性能差异更小。因此，本发明还涉及一种可通过本发明的方法得到的弯曲模制件。可通过本发明的方法得到的弯曲模制件包括例如头盔、头盔壳、弯曲面板、圆锥(cone)和顶盖罩(dome)。在本申请中，弯曲物体中的“弯曲”意指，如果这种弯曲物体被放置在平坦表面上，那么至少一部分弯曲物体伸出所述平坦表面至少3cm。更优选地，至少一部分弯曲物体伸出所述平坦表面至少5cm，更优选地，至少一部分弯曲物体伸出所述平坦表面至少8cm，最优选地，至少一部分弯曲物体伸出所述平坦表面至少12cm。
可通过本发明的方法得到的弯曲模制件非常适于用在防弹制件的制造中。
现在通过如下实施例和对比例对本发明进行进一步阐述，但本发明并不局限于此。
实施例I
叠层由200个含有单向排列纤维的单层组成，其中单层中的纤维方向相对于相邻单层成90°。每个单层包含强度为35cN/dtex的凝胶纺纱聚乙烯纤维和19wt％的聚氨酯基质，从而所述单层的面密度为63g/m2。将完整的叠层放置在头盔形式的两个模具部件之间，然后在室温下标准压机中预成型。接着，将预形成的叠层以顶部向下的方式放置在待制头盔形式的阴模部件中。然后用可变形弹性材料覆盖叠层和阴模，从而使其基本上防水。然后将该组件置于水装填的Hydroclave中。水的温度为约120-130℃。使叠层保留在hydroclave中，直到叠层中心的温度为约115-125℃，然后将叠层保持在该温度下15分钟。水压为约20MPa。在叠层固结后，在相同的水压下使其冷却至60℃的温度，最后从hydroclave中取出并脱模。
对比例A
叠层由200个含有单向排列纤维的单层组成，其中单层中的纤维方向相对于相邻单层成90°。每个单层包含强度为35cN/dtex的凝胶纺纱聚乙烯纤维和19wt％的聚氨酯基质，从而所述单层的面密度为63g/m2。将完整的叠层放置在头盔形式的两个钢模具部件之间，然后在标准压机中加压。模具的温度为约125-130℃。使叠层保留在模具中，直到叠层中心的温度为120℃。随后将压力增加至约20MPa的压缩压力，并将叠层保持在这个压力和温度下15分钟。然后在相同的压缩压力下使叠层冷却至60℃的温度。
测试过程
根据NIJ 01.08.01中阐述的过程对所得头盔开火。根据Stanag 2920进行V50测试。使用被称为AK-47 Mild Steel Core(MSC)(即尺寸为7.62×39mm，由Sellier & Belliot，Czech Republic制造)的子弹。
结果
表1中列出了所得V50数值，包括其标准差。所记载的V50数值由防弹模制件的总面密度计算。还记载了针对给定安全因子而计算出的Vo数值，其表示头盔阻止的所有子弹的速度。
  参数/样品  实施例I  对比例A
  V50(m/s)  691  808
  V50的标准差(m/s)  4.9  40.3
  安全因子  4  4
  V0(m/s)  672  647
表1：防弹测试的结果
结果表明，在hydroclave中制成的面板与通过已知压缩模制工艺制成的面板相比具有明显更低的标准差。这意味着，根据本发明的方法制成的头盔对特定重量的产品具有更高的Vo数值。由于压力以等压方式施加到模制件的至少一个表面上，因而得到更均一的性能。因此根据本发明的头盔与已知头盔相比对某一速度的子弹的防护性更佳且更可靠。

Claims (20)

1.一种用于制造模制件的方法，所述方法包括如下步骤：
a)通过层叠2片或更多片包含单向增强纤维和可选粘合剂的单层的片层而形成叠层，或者通过层叠2片或更多片材料片层而形成叠层
b)提供等压加压装置；
c)将所述叠层置于所述等压加压装置中；
d)在升高的温度和压力下使所述叠层固结成模制件。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述等压加压装置包括用加压液体装填的容器以及将所述液体加压至所需固结压力水平的装置。
3.如权利要求2所述的方法，在步骤d)之前，将所述叠层置于所述加压液体基本上不透过的柔性封套中。
4.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，在步骤d)中，将所述叠层放置到模具中，然后通过所述加压装置对所述模具至少部分加压。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述模具被设计成所述叠层的侧面基本上不受压。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述模具包括至少一个成型制件形式的模具部分和/或固定的外围模具部分，使得所述模具不会将所述加压装置的压力传递到所述叠层的侧面。
7.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述制件是防弹制件，并且在所述叠层中，包含单向增强纤维和可选粘合剂的单层的所述片层中的所述增强纤维的方向与相邻单层的纤维方向成α角。
8.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述制件是弯曲制件。
9.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述粘合剂是拉伸模量为至少250MPa的热塑性基质。
10.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，所述纤维是高性能聚乙烯纤维。
11.如前述权利要求中任意一项所述的方法，其中，步骤d)在至少13MPa的压力下进行。
12.如权利要求9所述的方法，其中，步骤d)在至少20MPa的压力下进行。
13.如权利要求1-12中任意一项所述的方法，其中，步骤d)在比所述纤维的熔融温度或软化温度低至少10℃的温度下进行。
14.一种可通过权利要求1-11中任意一项所述的方法得到的模制件。
15.一种包括权利要求14的模制件的防弹制件，其包括至少40个单向单层或至少20个材料片层。
16.如权利要求15所述的防弹制件，其包括其它材料片层，所述材料选自由陶瓷，钢、铝、镁、钛、镍、铬、铁或它们的合金，玻璃和石墨及其组合组成的组。
17.如权利要求16所述的防弹制件，其中，所述其它材料片层被放置在单层叠层的至少其打击面的外侧。
18.如权利要求16或17所述的防弹制件，其中，所述其它材料片层和单层叠层之间存在结合层，所述结合层包括无机纤维的纺织层或无纺层。
19.如权利要求15-18中任意一项所述的防弹制件，其中，所述防弹制件是弯曲的。
20.一种弯曲的防弹模制件，诸如头盔，所述防弹模制件具有小于25kg/m2的重量并且具有大于650m/s对AK47 MSC子弹的Vo。
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